THEMA 2: ENZYMEN EN BIOKATALYSE
Auteur: Laura De Backer
2.1. De niet-enzymatische hydrolyse van sucrose
𝑠𝑢𝑐𝑟𝑜𝑠𝑒 + 𝐻2 𝑂 → 𝑔𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑒 + 𝑓𝑟𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠𝑒
Opvallend: reactie gaat traag → bij neutrale pH en TK duurt het jaren vooraleer paar % van
sucrosemoleculen is ontbonden
Hoe snelheid v/e reactie verhogen ?
1. Reactiemengsel verhitten
➔ Meer energie in het systeem → versnelling v/h ‘spontaan’ uiteenvallen van sucrose
➔ Hoe hoger T, hoe sneller afbraakreactie
2. Toevoegen van een zuur (of een base)
2.2. Enzymatische afbraak van sucrose
MAAR verhoogde temperatuur en vrije zuren of basen tasten de levende cel aan
1. Geen verhitting mogelijk → warmbloedige organisme → homeotherm
2. Geen zuur/base verandering → cellulair milieu met contante pH waarde
3. Reactiesnelheid gaat van jaren naar minuten
➔ Cel gebruikt biokatalysatoren → om biochemische reactie tss reacties te bevorderen
2.3. Chemische natuur en functie enzymen
Enzym = een eiwit dat gesynthetiseerd wordt door de levende cel en een biochemische reactie in
biologisch systeem katalyseert
• het zijn chemisch specifieke biokatalysatoren & versnellen de chemische reactie in een
levende cel
1
,Enzymen vormen de meest uitgebreide en sterkst gespecialiseerde groep van proteïnen
• moleculair gewicht: 12 000 Da → > 1 000 000 Da
Bouw
• enkelvoudige proteïnen = 1 PPK (polypeptideketen)
• meervoudige PPK’s
Enzymen zijn grote eiwitten, maar gewoonlijk zijn slechts enkele AZ betrokken bij de eigenlijke reactie.
Deze specifieke AZ bevinden zich in een holte of nis v/h eiwit → actieve plaats
actieve plaats bestaat uit:
1. bindingspocket
➔ substraat specificiteit
2. katalytische plaats
➔ reactie specificiteit
cofactor
• eenvoudig metaalion
• organische stof
• sommige enzymen vereisen beide
2.4. Nomenclatuur en classificatie van enzymen
Fosforylasen (transferase) → katalyseren de toevoeging v/e fosfaatgroep v/e anorganische fosfaat
(fosfaat + waterstof = HPO42-) naar een acceptor
Fosfatase (een hydrolase) → verwijdert een fosfonaatgroep v/e donor door gebruik van water
Kinase ( = fosfotransferase) → transfereert een fosfonaatgroep v/e donor (meestal ATP) naar een
acceptor
Algemene naamvorming
Naam substraat (ev. naam co-enzymen) + soort reactie die gekatalyseerd wordt + -ase
Enzym code
• Bestaat uit 4 cijfers
- 1e nummer: klasse → ingedeeld in zeven hoofdklasse
- 2e nummer: subklasse → stof die e- - donor
2
, - 3e nummer: sub-subklasse → stof die e-acceptor is
- 4e nummer: volgnummer in de betreffende sub-subklasse
1. Oxidoreductasen E.C.1
Enzymen katalyseren redoxreacties tussen 2 producten
Principe: transfer van 2H-atomen of 1 (of 2) elektronen van substraatmolecule naar co-enzym
(dehydrogenasen) of O2 (oxygenasen)
• Meeste enzymen betrokken bij cellulaire ademhaling
vb:
2. Transferasen E.C.2
Katalyseren de transfer van een functionele groep van 1 substraat naar een ander
G = klein: aminogroep, P-groep, CH3-groep, R-groep
Vb: kinasen, methyltransferasen, acyltransferasen
3. Hydrolasen E.C.3
Katalyseren de hydrolytische splitsing v/e substraat
Wegens de hoge concentratie aan water in de cel → hydrolysereacties bijna steeds irreversibel
• Verteringsenzymen:
- Peptidasen, proteasen (eiwitten: peptidebinding)
- Lipasen (vetten: esterbinding)
- Sacharidasen (suikers: glycosidebinding)
- Nucleoasen (NZ: fosfaatesters)
4. Lyasen E.C.4
Werken in op C-C, C-N en C-O bindingen met e- - herschikkingen
• Eliminatie van groepen waardoor dubbele binding kunnen ontstaan
• Toevoegen van groepen waardoor dubbele bindingen verdwijnen
3
, • Bij de werking op het ene substraat wordt een molecuul geëlimineerd→ nieuwe dubbele
binding of een nieuwe ring ontstaat.
Vb: decarboxylasen, aldolasen, synthasen
5. Isomerasen E.C.5
Katalyseren alle mogelijke inwendige herschikkingen binnen hun substraatmoleculen
• Vaak gaat het over configuratie – of conformatiewijzingen, plaatsisomerisatie reactties
Vb: racemasen, epimerasen, cis-trans-isomerasen, mutasen
6. Ligasen = synthetasen E.C.6
Enzymen die 2 substraatmoleculen aaneenkoppelen, waarbij gelijktijdig een molecule ATP gesplitst
wordt (energie!)
• Aanvoer ATP in cel is gewoonlijk verzekerd, ligasereacties verlopen meestal in de richting v/d
synthese en zelden in een omgekeerde richting
7. Translocasen E.C.7
Enzymen, behorend tot deze klasse, katalyseren het transport van ionen of moleculen doorheen de
membraan
2.5. Katalysatoreigenschappen van enzymen
4
Auteur: Laura De Backer
2.1. De niet-enzymatische hydrolyse van sucrose
𝑠𝑢𝑐𝑟𝑜𝑠𝑒 + 𝐻2 𝑂 → 𝑔𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑒 + 𝑓𝑟𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠𝑒
Opvallend: reactie gaat traag → bij neutrale pH en TK duurt het jaren vooraleer paar % van
sucrosemoleculen is ontbonden
Hoe snelheid v/e reactie verhogen ?
1. Reactiemengsel verhitten
➔ Meer energie in het systeem → versnelling v/h ‘spontaan’ uiteenvallen van sucrose
➔ Hoe hoger T, hoe sneller afbraakreactie
2. Toevoegen van een zuur (of een base)
2.2. Enzymatische afbraak van sucrose
MAAR verhoogde temperatuur en vrije zuren of basen tasten de levende cel aan
1. Geen verhitting mogelijk → warmbloedige organisme → homeotherm
2. Geen zuur/base verandering → cellulair milieu met contante pH waarde
3. Reactiesnelheid gaat van jaren naar minuten
➔ Cel gebruikt biokatalysatoren → om biochemische reactie tss reacties te bevorderen
2.3. Chemische natuur en functie enzymen
Enzym = een eiwit dat gesynthetiseerd wordt door de levende cel en een biochemische reactie in
biologisch systeem katalyseert
• het zijn chemisch specifieke biokatalysatoren & versnellen de chemische reactie in een
levende cel
1
,Enzymen vormen de meest uitgebreide en sterkst gespecialiseerde groep van proteïnen
• moleculair gewicht: 12 000 Da → > 1 000 000 Da
Bouw
• enkelvoudige proteïnen = 1 PPK (polypeptideketen)
• meervoudige PPK’s
Enzymen zijn grote eiwitten, maar gewoonlijk zijn slechts enkele AZ betrokken bij de eigenlijke reactie.
Deze specifieke AZ bevinden zich in een holte of nis v/h eiwit → actieve plaats
actieve plaats bestaat uit:
1. bindingspocket
➔ substraat specificiteit
2. katalytische plaats
➔ reactie specificiteit
cofactor
• eenvoudig metaalion
• organische stof
• sommige enzymen vereisen beide
2.4. Nomenclatuur en classificatie van enzymen
Fosforylasen (transferase) → katalyseren de toevoeging v/e fosfaatgroep v/e anorganische fosfaat
(fosfaat + waterstof = HPO42-) naar een acceptor
Fosfatase (een hydrolase) → verwijdert een fosfonaatgroep v/e donor door gebruik van water
Kinase ( = fosfotransferase) → transfereert een fosfonaatgroep v/e donor (meestal ATP) naar een
acceptor
Algemene naamvorming
Naam substraat (ev. naam co-enzymen) + soort reactie die gekatalyseerd wordt + -ase
Enzym code
• Bestaat uit 4 cijfers
- 1e nummer: klasse → ingedeeld in zeven hoofdklasse
- 2e nummer: subklasse → stof die e- - donor
2
, - 3e nummer: sub-subklasse → stof die e-acceptor is
- 4e nummer: volgnummer in de betreffende sub-subklasse
1. Oxidoreductasen E.C.1
Enzymen katalyseren redoxreacties tussen 2 producten
Principe: transfer van 2H-atomen of 1 (of 2) elektronen van substraatmolecule naar co-enzym
(dehydrogenasen) of O2 (oxygenasen)
• Meeste enzymen betrokken bij cellulaire ademhaling
vb:
2. Transferasen E.C.2
Katalyseren de transfer van een functionele groep van 1 substraat naar een ander
G = klein: aminogroep, P-groep, CH3-groep, R-groep
Vb: kinasen, methyltransferasen, acyltransferasen
3. Hydrolasen E.C.3
Katalyseren de hydrolytische splitsing v/e substraat
Wegens de hoge concentratie aan water in de cel → hydrolysereacties bijna steeds irreversibel
• Verteringsenzymen:
- Peptidasen, proteasen (eiwitten: peptidebinding)
- Lipasen (vetten: esterbinding)
- Sacharidasen (suikers: glycosidebinding)
- Nucleoasen (NZ: fosfaatesters)
4. Lyasen E.C.4
Werken in op C-C, C-N en C-O bindingen met e- - herschikkingen
• Eliminatie van groepen waardoor dubbele binding kunnen ontstaan
• Toevoegen van groepen waardoor dubbele bindingen verdwijnen
3
, • Bij de werking op het ene substraat wordt een molecuul geëlimineerd→ nieuwe dubbele
binding of een nieuwe ring ontstaat.
Vb: decarboxylasen, aldolasen, synthasen
5. Isomerasen E.C.5
Katalyseren alle mogelijke inwendige herschikkingen binnen hun substraatmoleculen
• Vaak gaat het over configuratie – of conformatiewijzingen, plaatsisomerisatie reactties
Vb: racemasen, epimerasen, cis-trans-isomerasen, mutasen
6. Ligasen = synthetasen E.C.6
Enzymen die 2 substraatmoleculen aaneenkoppelen, waarbij gelijktijdig een molecule ATP gesplitst
wordt (energie!)
• Aanvoer ATP in cel is gewoonlijk verzekerd, ligasereacties verlopen meestal in de richting v/d
synthese en zelden in een omgekeerde richting
7. Translocasen E.C.7
Enzymen, behorend tot deze klasse, katalyseren het transport van ionen of moleculen doorheen de
membraan
2.5. Katalysatoreigenschappen van enzymen
4
